Tocantins está majoritariamente localizado no bioma Cerrado e tem uma pequena área ao norte inserida no bioma amazônico.

No Tocantins, a estação seca dura pouco tempo, de fevereiro a maio, sendo substituída por intensa nebulosidade úmida e por chuvas torrenciais.

Por causa do clima equatorial, o norte do estado está sujeito a reduzidos volumes anuais de chuva, o que acarreta longas estiagens.

Em geral, as temperaturas no estado são elevadas apenas em poucas épocas do ano. Já nos demais meses, ficam bem abaixo dos 18 °C.

O ponto mais elevado do estado é a Serra das Traíras, a qual integra a mais importante cordilheira do estado e cuja altitude supera os 3.000 metros.